Nanofiltro de óxido de grafeno

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO[pic 1][pic 2]

CAMPUS SÃO JOSÉ DOS CAMPOS

INSTITUTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

Nanofiltros de óxido de grafeno para filtrar microplásticos da água nas residências.

        

Alunos:         Vinicius dos Santos Martins

Davi Torres de Andrade Antunes

Gabriel Vilas Boas Talietta

Bruno Aumiller Tarijon

Professor: Elias Santos

São José dos Campos (SP), 4 de janeiro de 2023.

• Identificação do problema

Os plásticos são polímeros produzidos de forma artificial, ou seja, são polímeros sintéticos cuja principal matéria-prima são hidrocarbonetos de origem natural (petróleo). Durante sua produção, os plásticos são facilmente moldados por meio do efeito do calor e/ou da pressão em certa etapa da produção. O plástico apresenta características como versatilidade, leveza, durabilidade, impermeabilidade, bom isolamento térmico e elétrico e baixo custo de produção. Em virtude disso, estão presentes em uma grande quantidade de produtos de utilização diária, como sacos plásticos, brinquedos, utilidades domésticas e produtos de higiene.

Independente de como seja usado, quando um polímero plástico atinge o ambiente aquático, sofre degradação (quebra de suas unidades moleculares), formando microplásticos. Entre os polímeros cuja utilização, atualmente, leva à maior liberação de microplásticos nos ambientes aquáticos, estão: polietileno, polietileno tereftalato (PET), polipropileto (PP), poliestireno (PS), poliuretano (PU), policloreto de vinila (PVC) e náilon (PA).

Os microplásticos são as pequenas partículas de plástico que têm até 5 milímetros de comprimento. Podem tanto ser fabricados nesse tamanho como ser o resultado da degeneração de “peças” maiores de plástico a partir da ação da natureza, sofrendo com a ação da água, do sol, dos ventos e de microrganismos e podendo ir parar em qualquer lugar, inclusive dentro do nosso corpo.

Essas partículas vão parar dentro dos organismo por meio do ar, pela água ou por meio de alimentos contaminados pelo microplástico que chegou à natureza, seja pelo descarte incorreto de plásticos ou pela sua presença na composição de roupas ou produtos de higiene e cosméticos, o material pode se desgastar após a lavagem e não ser filtrado pelo sistema de esgoto.

Pesquisas recentes mostraram que microplásticos foram encontrados no sangue humano e dentro dos pulmões de pessoas saudáveis. Foram detectados vestígios de PET (muito utilizado em garrafas e na fibra de poliéster, presente em roupas e estofados), poliestireno (matéria-prima para embalagens de alimento), polipropileno (presente em embalagens, cadeiras, brinquedos e copos plásticos) e polietileno (o tipo mais comum e mais barato de plástico). Ter encontrado essas partículas dentro do corpo indica que o microplástico pode viajar pela corrente sanguínea, passar pelas barreiras do corpo e até mesmo se alojar em órgãos, assim de certa forma podem causar danos tóxicos aos seres vivos, além dos danos físicos. Esses danos não necessariamente acontecem de forma direta, pois ainda não existem estudos que indicam se essas partículas provocam danos biológicos ao ser humano por si só. Todavia os microplásticos, por serem muito pequenos, apresentam uma grande capacidade de absorção de compostos de alta toxicidade, inclusive metais pesados como mercúrio, cádmio, etc.

Nos últimos anos houve um aumento que vem se mostrando cada vez mais evidente da geração de resíduos de metais pesados em decorrência do aumento do desenvolvimento industrial. Assim, quando direcionados para a água, estes metais podem prejudicar o meio ambiente e ajudam na disseminação de doenças. Além disso, os métodos convencionais de tratamento de efluentes, como coagulação/floculação, não têm apresentados resultados satisfatórios, o que faz com que cada vez mais as indústrias busquem por tratamentos mais eficientes, como o uso da adsorção em conjunto com a nanotecnologia .

• Nanoplásticos

Os nanoplásticos são partículas muito pequenas de plástico com dimensões entre 1 e mil nanômetros de tamanho que acabam sendo produzidas em consequência da produção e desgaste de produtos de plástico. Essas partículas são danosas às plantas e animais, incluindo os seres humanos, que podem acarretar em danos à homeostase do organismo. Homeostase é a habilidade de manter o meio interno em equilíbrio, independentemente das alterações que ocorram no ambiente externo, pois o organismo deve manter certos valores sem alterações, mantidos por diversos processos fisiológicos que ocorrem de maneira coordenada e que garantem o equilíbrio, como por exemplo a respiração, digestão e excreção.

• Apresentação da solução para o problema identificado

Por possuírem elevada área superficial, biocompatibilidade e capacidade de modificação química, os nanomateriais estão sendo utilizados cada vez mais em diversos campos da ciência. Em especial o óxido de grafeno (GO) tem sido objeto de diversos estudos nos últimos anos devido ao fenômeno atípico de transporte de água através de sua estrutura. Conforme observado por Dimiev et al.(2013) o grafeno é um dos materiais com o maior potencial para a retenção de íon sem solução. Como o óxido de grafeno possui maior estabilidade química que o grafeno, dispositivos baseados em óxido de grafeno são fortes candidatos para aplicações relacionadas a filtração e tratamento de águas possivelmente contaminadas.

A ideia do projeto é um filtro de residência, que é composto por um nanofiltro de óxido de grafeno, com o intuito de retirar os microplásticos e os possíveis metais pesados da água, diminuindo o risco de intoxicação e tornando-a própria para beber.

         As nanopartículas de plástico podem ser filtradas utilizando afinidade química, já que filtros de grafeno utilizando métodos físicos podem demorar bastante para filtrar.

Para essa afinidade química pode ser adicionado P(DPP-T) e F-HA na estrutura do óxido de grafeno, o que traria uma afinidade maior com os plásticos.